复合热载体发生器的燃烧室模拟与结构优化

摘要

石油作为当今世界上主要的能源，对国家的经济以及社会的稳步发展具有十分重要的战略价值。在可预见的将来，石油依然会作为主要能源，充当着人类社会发展的发动机。随着中国主要大油田进入开采的后期，如何对这些老油田进行有效的开发，便成了一个亟待解决的现实问题。另外，还有许多稠油油田因为开采成本太高导致无法进行商业开采，形成了对资源的巨大浪费。对于这些问题，世界上已经发展出来了原油注蒸汽热采技术，但是因为产生水蒸气的锅炉移动性比较差，限制了该技术的在实际生产过程中的广泛应用。 复合热载体发生器是一种新型发明专利，它利用传热学以及热力学等相关知识，通过燃烧产生大量高温高压的气体并将之注入油田油层中。该设备大幅度提高了油田的采油率，有着较强的应用价值。但是在实际应用的过程中发现，该设备燃烧室的外壁容易发生过热烧蚀现象，致使设备出现损伤而无法有效的运转。本文通过数值模拟技术，对复合热载体发生器燃烧室内的反应过程进行模拟仿真，通过仿真分析确定合理的运行参数和优化设计发生器结构参数。本文的研究工作主要包括以下几个方面: (1)对复合热载体发生器进行了模型的设计和网格的划分。在进行划分网格工作之前，本着不对燃烧室内的反应过程产生较大影响的原则，对复合热载体发生器的模型进行了一定的简化。对简化后的模型进行了网格划分并检查了生成网格的质量，确保模拟仿真结果准确可靠。 (2)对运行在基本工况下的复合热载体发生器的燃烧室进行了热模拟仿真。基本工况是厂家提供的、在实际中运行的数据。通过热模拟仿真，得出了基本工况下燃烧室内的温度场、压力场、流场流速以及反应物的浓度等状态。 (3)改变一些运行参数后，对复合热载体发生器的燃烧室进行了热模拟仿真。分析过程中，分别改变了氧化剂中氧气的浓度、燃烧压力、燃料类型以及冷却水量这四个参数。通过热模拟仿真的结果，分析了这些运行参数对燃烧室内各状态的影响。 (4)改变某些结构后，对复合热载体发生器的燃烧室进行了热模拟仿真。在仿真分析的过程中，改变了氧化剂喷嘴的喷射角度、燃烧室的内径尺寸以及采用了富氧助燃模型，并对新结构下燃烧室内的反应过程进行了热模拟仿真。通过仿真分析了改变相应的结构后燃烧室各状态的变化情况，为复合热载体发生器模型的设计改进提供了依据。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题来源及选题背景

1．2课题研究的目的和意义

1．3研究目标及内容

1．4研究的技术路线与方法

1．5论文结构安排

1．6本章小结

第2章相关理论基础与研究综述

2．1原油热采技术的相关研究

2．2加热炉热模拟的相关研究

2．3热模拟数值分析软件简介

2．3．1常用数值模拟软件简介

2．3．2 Fluent简介

2．4本章小结

第3章复合热载体发生器的建模与网格划分

3．1复合热载体发生器模型的建立

3．2发生器燃烧室的结构模型简化

3．3发生器燃烧室的网格划分和分析

3．4本章小结

第4章复合热载体发生器燃烧室的热模拟分析

4．1复合热载体发生器燃烧过程的工况分析

4．2．1热模拟的求解器模型选择

4．2．2热模拟的基本模型选择

4．2．3热模拟的燃烧模型选择

4．2．4热模拟的辐射换热模型选择

4．2．5热模拟的离散相模型选择

4．2．6热模拟的边界条件设置

4．2．7对模型进行求解计算

4．3复合热载体发生器燃烧室热模拟的结果分析

4．3．1燃烧室温度场分布

4．3．2燃烧室压力场分布

4．3．3燃烧室流场流速分布

4．3．4燃烧室反应物浓度分布

4．4本章小结

第5章复合热载体发生器改变参数和结构后的热模拟分析

5．1．1改变氧化剂中氧气浓度

5．1．2改变燃烧室内燃烧压力

5．1．3改变燃料类型

5．1．4改变冷却水量

5．2改变结构后燃烧室的热模拟分析

5．2．1改变燃烧器喷嘴喷射角度

5．2．2改变燃烧室内径尺寸

5．2．3富氧助燃型发生器的简化模型

5．3本章小结

第6章总结与展望

6．1论文工作总结

6．2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加课题及获奖情况